import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA
 * Description 排序
 * User: 王杰
 * Date: 2025-06-07
 * Time: 14:56
 */
public class Sort {

    /**
     * 直接插入排序
     *
     * 时间复杂度 O(N^2)
     *         最坏情况：逆序的 5 4 3 2 1
     *         最好情况：顺序的 1 2 3 4 5   O(n)
     *         如果数据越有序 直接插入排序越快
     * 空间复杂度 O(1)
     * 稳定性 稳定的排序
     *       本身如果是一个稳定的排序，那么可以实现为不稳定的
     *       但是如果一个排序 本身是不稳定的 不能实现为稳定的
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                }else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 希尔排序
     * 不稳定的
     * 时间复杂度 n ^ 1.3 - n ^ 1.5
     * 空间复杂度 O(1)
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                }else {
                    array[j + gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(n^2)
     *          和数据是否有序无关
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if(array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    private static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 选择排序优化
     */

    public static void selectSort1(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right ; i++) {
                if (array[i]  < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, left, minIndex);
            // 最大值正好是left下标, 此时 把最大值换到了 minIndex的位置了
            if(maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(n * logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createHeap(array);

        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            swap(array, 0 ,end);
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    private static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    /**
     *
     * @param array
     * @param parent 每颗子树调整的根节点
     * @param length 每颗子树调整的结束节点
     */
    private static void siftDown(int[] array, int parent, int length) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while (child < length) {
            if (child + 1 < length && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }

            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度 [讨论 没有优化情况下 也就是 没有下方的boolean元素 和 -i 操作]
     *          O(N^2)
     *          优化以后 可能达到O(N)
     * 空间复杂度 O(1)
     * 稳定性 稳定的排序
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flag = false;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if(array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度
     *      当数据给定的是 1 2 3 4 5 6 7  ...... 有序的情况下 确实是O(N^2)
     *      最好情况：O(N * logN)
     *
     * 空间复杂度
     *          最坏情况 O(N)
     *          最好情况 O(logN)
     * 稳定性
     *      不稳定性
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array, 0 , array.length - 1);
    }

    public static void quickNor(int[] array, int start, int end) {
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        int pivot = partition(array, start, end);
        if(pivot > start + 1) {
            stack.push(start);
            stack.push(pivot - 1);
        }

        if(pivot < end - 1) {
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(end);
        }

        while (!stack.isEmpty()) {
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            pivot = partition(array, start, end);
            if(pivot > start + 1) {
                stack.push(start);
                stack.push(pivot - 1);
            }

            if(pivot < end - 1) {
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(end);
            }
        }


    }

    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        if(start >= end) {
            return;
        }
        if (end - start + 1 <= 10) {
            insertSortRange(array, start, end);
            return;
        }

        int midIndex = getMiddleNum(array, start, end);
        swap(array, start, midIndex);

        int pivot = partition1(array, start, end);

        quick(array, start, pivot - 1);
        quick(array, pivot + 1, end);
    }

    private static void insertSortRange(int[] array, int start, int end) {
        for (int i = start + 1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= start; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                }else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    // Hoare
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        int tmpLeft = left;
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }

            swap(array, left, right);
        }
        swap(array, left, tmpLeft);
        return left;
    }

    // 挖坑法
    private static int partition1(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];

        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }

            array[left] = array[right];

            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }

            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    // 前后指针
    private static int partition2(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left ;
        int cur = left+1;
        while (cur <= right) {
                if(array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                        swap(array,cur,prev);
             }
                cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }

    private static int getMiddleNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if(array[left] < array[right]) {
            if (array[mid] < array[left]) {
                return left;
            }else if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(N * logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortTmp(array, 0, array.length - 1);
    }

    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + gap * 2) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                if (mid >= array.length) {
                    mid = array.length - 1;
                }
                int right = mid + gap;
                if (right >= array.length) {
                    right = array.length - 1;
                }
                merge(array, left, mid, right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    public static void mergeSortTmp(int[] array, int left, int right) {
        if(left >= right) {
            return;
        }

        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSortTmp(array, left, mid);
        mergeSortTmp(array, mid + 1, right);
        // 分解完毕
        // 开始合并
        merge(array, left, mid, right);
    }


    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int[] tmp = new int[right - left + 1];
        int k = 0;
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid + 1;
        int e2 = right;

        while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if (array[s1] <= array[s2]) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            }else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }

        while (s1 <= e1) {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }

        while (s2 <= e2) {
            tmp[k++] = array[s2++];
        }

        // 可以保证tmp数组 是有序的
        for(int i = 0; i < k; i++) {
            array[i + left] = tmp[i];
        }
    }
}
